高場強超聲波技術(shù)在食品蛋白質(zhì)加工中的應(yīng)用研究進展

胡 昊，胡 坦，許 琦，王 騰，王可興，徐曉云，潘 思軼

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

高場強超聲波技術(shù)在食品蛋白質(zhì)加工中的應(yīng)用研究進展

胡 昊，胡 坦，許 琦，王 騰，王可興，徐曉云，潘 思軼*

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

食品中的蛋白質(zhì)不僅能為人類提供必需營養(yǎng)，在食品加工中也起著重要作用。高場強超聲波技術(shù)作為一種新興技術(shù)，在未來食品蛋白質(zhì)加工中的應(yīng)用具有巨大潛力。本文綜述近10 年國際上以高場強超聲波為手段對食品蛋白質(zhì)進行改性的研究，從高場強超聲波作用基本原理，高場強超聲波對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、凝膠性、粒徑、溶液黏度、溶解性、濁度、乳化性和起泡性的影響以及對蛋白質(zhì)反應(yīng)、蛋白質(zhì)提取和對蛋白質(zhì)感官品質(zhì)的影響多個方面分別進行闡述。

高場強超聲波；食品；蛋白質(zhì)；功能性質(zhì)

蛋白質(zhì)作為生物細胞的基本構(gòu)成要素，在生命活動中起著重要作用。食品中的蛋白質(zhì)一方面為人體提供能量和氨基酸，具有重要營養(yǎng)特性；另一方面由于蛋白質(zhì)具有一些特有的功能性質(zhì)，對加工食品品質(zhì)具有重要作用［1］。食品蛋白質(zhì)的主要功能性質(zhì)可分為三類：一是水化性質(zhì)，取決于蛋白質(zhì)與水的相互作用，包括溶脹性、持水性、吸水性、濕潤性、黏著性、分散性、黏度和溶解度等。二是界面性質(zhì)，包括蛋白質(zhì)的表面張力、乳化性和泡沫特性。三是蛋白質(zhì)相互作用的性質(zhì)，包括成膜性、凝膠性、沉淀和蛋白聚集行為等［2-3］。

近年來，作為一種新型技術(shù)，超聲技術(shù)憑借其諸多獨特的性能在食品無損檢測、乳液的乳化和均質(zhì)、超聲輔助提取、超聲殺菌/食品保鮮、食品凍結(jié)、輔助過濾、超聲波輔助干燥、肉的嫩化等方面發(fā)揮著重要作用［4-6］。超聲波是一種彈性的機械振蕩，其頻率通常為20 kHz～1 MHz，該頻率超過人類的聽覺范圍［7］。同時超聲波的頻率范圍廣，超過聲學(xué)全部范圍的1/2［8］。依據(jù)超聲波的頻率以及所產(chǎn)生的能量大小，超聲波可以被分為低頻率高場強（頻率為20～100 kHz，場強為10～1 000 W/cm2）和高頻率低場強（頻率為100 kHz～1 MHz，場強＜1 W/cm2）2 種范圍［6］。對比以上2 個頻率范圍，對于前者的研究相對較少，但在近10 年內(nèi)被多國學(xué)者高度關(guān)注［4］。然而關(guān)于高場強超聲波對食品蛋白質(zhì)作用的中文綜述并不多見，因此本文以此為題材，針對近10 年來高場強超聲波改性蛋白質(zhì)在食品加工領(lǐng)域中的研究情況進行綜述。

1　高場強超聲波作用原理

高場強超聲技術(shù)的作用原理主要是空穴效應(yīng)。超聲波通過一系列壓縮波和稀疏波在傳播媒介中傳播，它們分別對應(yīng)形成正負壓，并產(chǎn)生正壓和負壓交替變化的周期。液體中原本存在著氣核，當(dāng)能量足夠高時，稀疏波對應(yīng)產(chǎn)生的負壓會足夠大，如果負壓對氣體分子的作用力超過液體分子對氣體分子的作用力，原先存在于液體中的氣核就從液體中脫離，形成空穴氣泡［6］。在一個正負壓變化的循環(huán)中，負壓作用之后正壓作用階段來臨時，氣泡又因壓縮而閉合，氣泡體積變小，氣泡中的氣體又被壓回液體。但是氣泡在一個變化周期內(nèi)的體積差異會導(dǎo)致氣泡表面積的差異，最終導(dǎo)致氣泡內(nèi)氣體量的差異。當(dāng)氣泡被壓縮時，氣泡表面積變小，導(dǎo)致氣泡中氣體擴散回液體的所通過的表面積也減小；反之，在氣泡變大后，氣體從液體進入氣泡所通過的表面積增加。因此經(jīng)過一個稀疏波和壓縮波循環(huán)后（即正負壓循環(huán)），由于氣體進出氣泡表面積的差異，進入氣泡的氣體量會多于壓縮時離開氣泡的氣體量，導(dǎo)致氣泡增大［4，6，9］。超聲時，超聲氣泡遍及整個液體體系，超聲氣泡經(jīng)過幾個正負壓交替循環(huán)后，氣泡尺寸增大到臨界值變得不穩(wěn)定，最終會劇烈崩潰，釋放出累計的能量［10-11］。這個過程會在釋放點產(chǎn)生局部5 000 K的超高溫和1 000 atm的超高壓，并在該區(qū)域形成高能量湍流作用和剪切波。

微流束效應(yīng)是超聲過程中的另外一個重要聲學(xué)現(xiàn)象［4］。一方面，超聲作用時，超聲氣泡經(jīng)歷從無到有、從小到大的不斷振動，會產(chǎn)生微流束效應(yīng)［4-12］。另一方面，在空穴氣泡的大小循環(huán)變化時，氣泡內(nèi)的氣體不斷進出氣泡，氣體相對氣泡的進出運動，也會產(chǎn)生微流束效應(yīng)［4］。

此外，超聲時會發(fā)生如下反應(yīng)：H2O→·H+·OH，導(dǎo)致水分子分解成高活性自由基，從而具有與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性［13］。

2　高場強超聲波對蛋白質(zhì)的影響

2.1高場強超聲波對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征對其在食品加工中所表現(xiàn)出的性質(zhì)會產(chǎn)生顯著影響，由于高場強超聲波能夠產(chǎn)生空穴效應(yīng)、微流束效應(yīng)以及自由基，因此對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生影響。目前，未見高場強超聲波技術(shù)對蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)改變的報道。在二級結(jié)構(gòu)方面，高場強超聲波對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的改變因蛋白質(zhì)種類和超聲條件的不同而有所差異。Jiang Lianzhou等［14］指出在20 kHz條件下采用直徑為0.636 cm的超聲探頭150 W超聲12 min就可以使黑豆蛋白二級結(jié)構(gòu)改變。而Zhang Qiuting等［15］則指出在20 kHz條件下采用直徑為2.0 cm的超聲探頭在0～1 020 W超聲0～30 min都未能改變花生分離蛋白的二級結(jié)構(gòu)。

目前的研究多認為超聲波能夠改變蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)。比如，Zhang Qiuting等［15］對花生蛋白的研究發(fā)現(xiàn)：直徑2.0 cm的超聲探頭在20 kHz條件下對花生分離蛋白的改變主要是三級結(jié)構(gòu)。類似地針對乳清蛋白，Jambrak等［16］通過對樣品在20 kHz和40 kHz的條件下分別超聲15 min和30 min，推測超聲波對乳清蛋白的作用主要是通過對分子間氫鍵的改變，而并非多肽鍵或者二硫鍵。在蛋白質(zhì)疏水性方面，大多數(shù)學(xué)者的研究表明超聲波能夠?qū)⒏嗟氖杷曰鶊F暴露到蛋白質(zhì)分子或者聚合物表面。Arzeni等［17］對卵白蛋白在20 kHz條件下用直徑為13 mm的超聲探頭處理后發(fā)現(xiàn)表面疏水性增加，而其他分子結(jié)構(gòu)未見改變。Sun Yanjun等［18］也發(fā)現(xiàn)在20 kHz條件下直徑為5 cm的超聲探頭（12.5 W）使牛奶濃縮蛋白疏水基團暴露，增加蛋白表面疏水性。Arzeni等［19］在文章中提到，以20 kHz，直徑為13 mm的超聲探頭來作用乳清濃縮蛋白、大豆分離蛋白和卵白蛋白，這3 種蛋白的表面疏水性都有所增強。然而，在超聲波對蛋白質(zhì)巰基和二硫鍵變化影響的規(guī)律上，不同學(xué)者間的報道存在差異。Arzeni等發(fā)現(xiàn)超聲波不能改變?nèi)榍鍧饪s蛋白、大豆蛋白和卵白蛋白的巰基含量。而其他研究則發(fā)現(xiàn)長時間地超聲處理可能會促使牛奶蛋白之間形成分子間二硫鍵［20］。熱變性方面，通過示差掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）研究發(fā)現(xiàn)，超聲波還可能改變蛋白質(zhì)的熱變焓值。比如，Chandrapala等［21］指出在20 kHz、450 W的條件下以直徑為19 mm的超聲探頭短時間（5 min以內(nèi)）超聲使蛋白質(zhì)的熱變焓值降低，長時間（＞5 min）的超聲作用卻增加了蛋白質(zhì)的熱變焓值。有意思的是，Chandrapala等發(fā)現(xiàn)在20 kHz、450 W的條件下以直徑為19 mm的超聲探頭超聲對商用乳清濃縮蛋白的表面疏水性、巰基含量等改變都非常微弱。

此外，高場強超聲波對食品蛋白聚合度也可能產(chǎn)生影響。在對商用大豆分離蛋白進行研究時，我們通過蛋白粒徑的變化情況推測超聲波（20 kHz、200～600 W，15 min或30 min）能夠打斷蛋白質(zhì)分子間的聚合作用［22-23］。然而Chandrapala等［21］研究指出，在20 kHz、450 W的條件下以直徑為19 mm的超聲探頭長時間（＞5 min）的超聲作用可能促進了蛋白質(zhì)聚合。

2.2高場強超聲波對蛋白凝膠性的影響

蛋白質(zhì)凝膠是液體的蛋白質(zhì)分子規(guī)律交聯(lián)后所形成的占據(jù)原來液體空間的三維空間網(wǎng)絡(luò)［24］。蛋白質(zhì)凝膠在食品中廣泛存在，因此凝膠性是食品蛋白質(zhì)的重要功能性質(zhì)之一。

研究表明高場強超聲波能夠增強蛋白質(zhì)的凝膠特性。我們近期的研究發(fā)現(xiàn)高場強超聲處理能夠增加大豆分離蛋白鈣離子熱凝膠［23］和葡萄糖酸內(nèi)酯［13-22］熱凝膠的凝膠強度和凝膠持水性，電鏡掃描結(jié)果顯示，超聲處理后大豆蛋白凝膠的空間結(jié)構(gòu)變得更加致密、均一。Riener等［25］比較了傳統(tǒng)高溫加熱（90 ℃，10 min）與超聲適度加熱（45 ℃，24 kHz超聲10 min）對酸奶品質(zhì)的影響，他們發(fā)現(xiàn)將新鮮牛奶均質(zhì)后，再按照以上2 種方式制備的酸奶，超聲適度加熱樣品的流變性優(yōu)于傳統(tǒng)高溫加熱樣品。具體說來，超聲適度加熱使酸奶凝膠的凝膠結(jié)構(gòu)增強，持水性增高，收縮性降低。Madadlou等［26］采用24 kHz的探頭發(fā)聲器和130 kHz的平板發(fā)聲器上下結(jié)合的方式對酪蛋白溶液超聲0～120 min后，用葡萄糖酸內(nèi)酯在30 ℃條件下酸化，他們發(fā)現(xiàn)超聲作用降低了酪蛋白形成凝膠的pH值，同時增加了新鮮凝膠的彈性和牢固性；電鏡掃描結(jié)果顯示，凝膠的空間結(jié)構(gòu)也變得更加致密、均一。Nguyen等［27］用22.5 kHz的超聲探頭在50 W的強度下對脫脂牛奶進行超聲處理，然后以葡萄糖酸內(nèi)酯為凝固劑形成酸誘導(dǎo)凝膠。研究發(fā)現(xiàn)未控溫的超聲處理，凝膠的儲能模量（G'）顯著增加，而在超聲過程中采取水浴以避免超聲波熱作用的樣品凝膠性質(zhì)則變化不大。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象，Nguyen等推測超聲波產(chǎn)生的熱效應(yīng)對脫脂牛奶酸誘導(dǎo)凝膠的凝膠性質(zhì)有顯著作用。然而，Zhao Lily等［28］用20 kHz，直徑為13 mm的超聲探頭在800 W的功率下對山羊奶冰浴超聲0～20 min后以凝乳酵素為促凝劑，結(jié)果顯示超聲作用使凝膠強度、彈性、持水性以及交聯(lián)程度顯著增加，這進一步證明超聲作用對凝膠增強的作用。

2.3高場強超聲波對蛋白粒徑的影響

高場強超聲波作用能夠改變蛋白質(zhì)分子間以及分子內(nèi)的相互作用力，從而對蛋白質(zhì)的粒徑產(chǎn)生影響。Chandrapala等［29］比較了高壓均質(zhì)、高場強超聲波、高速分散混合、低剪切速率加熱攪拌對脫脂奶粉、牛奶蛋白濃縮物、酪蛋白膠束粉末處理后粒度改變的情況，這些方法能夠改變粉末的聚合情況并促進酪蛋白膠束釋放到溶液中。其分散效果排序為高壓均質(zhì)＞高場強超聲波＞高速分散混合＞低剪切速率加熱攪拌。

很多學(xué)者利用高場強超聲技術(shù)來減小蛋白質(zhì)的粒徑。比如Sun Yanjun等［18］在20 kHz條件下用直徑為5 cm、強度為12.5 W的超聲探頭對牛奶濃縮蛋白溶液進行處理并噴霧干燥，超聲作用0.5 min讓中值粒徑（d50）由28.45 μm下降到0.13 μm。此外，Zhao Lily等［28］用20 kHz，直徑為13 mm的超聲探頭在800 W的功率下對山羊奶冰浴超聲20 min后，溶液中蛋白質(zhì)的粒徑降低。Jambrak等［16］對比超聲探頭（20 kHz，場強43～48 W/cm2）和超聲?。?0 kHz，場強1 W/cm2）對乳清分離蛋白和乳清濃縮蛋白的影響發(fā)現(xiàn)：超聲探頭使粒徑平均值降低、粒徑分布變窄。此外，超聲浴對蛋白質(zhì)粒徑降低的作用趕不上超聲探頭。在納米級別，Zhang Qiuting等［15］在20 kHz條件下采用直徑為2.0 cm的超聲探頭對花生分離蛋白進行處理后粒度由474.7 nm降低到255.8 nm。

但需要注意，在用高場強超聲波技術(shù)對蛋白質(zhì)粒徑進行控制時，必須結(jié)合實際情況考慮蛋白質(zhì)溶液的濃度、超聲溫度、蛋白質(zhì)種類以及超聲頻率可能對蛋白質(zhì)粒徑的影響，來進行設(shè)計。比如Gordonn等［30］采用20 kHz，直徑13 mm的超聲探頭對乳清分離蛋白在不同的條件下超聲處理后發(fā)現(xiàn)：在室溫條件下對7.5 g/100 mL的乳清分離蛋白超聲，能將蛋白質(zhì)粒徑從0.7 μm降低到0.2 μm超聲后蛋白質(zhì)顆粒形狀呈球狀。如將蛋白質(zhì)含量為9～20 g/100 mL的乳清分離蛋白先在80 ℃條件下凝膠化，再在室溫條件下對凝膠化后的乳清分離蛋白超聲30 min，形成粒徑0.1～10 μm的顆粒，顆粒形狀近似于絮狀。值得注意的是，在加熱到蛋白質(zhì)變性溫度時，對乳清蛋白進行超聲處理發(fā)現(xiàn)：在7.5 g/100 mL的濃度下，蛋白質(zhì)粒徑下降；在9 g/100 mL保持不變；而在12 g/100 mL時迅速增加。此外超聲波對蛋白質(zhì)粒徑的改變跟蛋白質(zhì)種類也有關(guān)系［19］，采用20 kHz，直徑為13 mm的超聲探頭在低于49 ℃時超聲，能降低乳清濃縮蛋白和大豆分離蛋白的粒徑但卻增加了卵白蛋白的粒徑。其原因可能是因為卵白蛋白在超聲作用下形成了共價聚合物［19］。Madadlou等［31］證明超聲頻率也會對蛋白質(zhì)粒度、粒徑產(chǎn)生影響，他們用35 kHz和130 kHz的超聲設(shè)備以4.1 W的超聲功率在pH 6.5～11.5的緩沖液中對酪蛋白進行超聲作用，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)溶液濁度降低且130 kHz濁度下降的程度比35 kHz下降的程度明顯。

2.4高場強超聲波對蛋白質(zhì)溶液黏度的影響

高場強超聲波作用能夠改變蛋白質(zhì)在溶液中的粒徑大小和聚集程度，因此對蛋白質(zhì)溶液的流變性也會產(chǎn)生影響。Zisu等［32］通過直徑為200 mm的超聲探頭，在頻率為20 kHz，功率為1 kW的條件下對脫脂牛奶濃縮物以2 000 mL/min的流速進行在線超聲處理后發(fā)現(xiàn)：中度加熱的脫脂牛奶濃縮物的黏度下降了大約10%，并且在剪切速率低于150 s-1時，剪切稀化現(xiàn)象也發(fā)生了改變。相似的，在20 kHz條件下用直徑為5 cm的超聲探頭對牛奶濃縮蛋白溶液進行處理后，溶液黏度降低［18］。Arzeni等［17］用直徑為13 mm的探頭超聲在20 kHz，（4.27±0.71） W的超聲條件下對卵白蛋白進行處理，表觀黏度也降低。

2.5高場強超聲波對蛋白質(zhì)溶解性的影響

超聲波對蛋白質(zhì)溶解性的改變會因為蛋白質(zhì)種類的不同而存在差異。超聲作用能夠增加牛奶濃縮蛋白的溶解性。Sun Yanjun等［18］在20 kHz條件下用直徑為5 mm的超聲探頭以12.5 W的功率超聲作用5 min，使牛奶濃縮蛋白的溶解性由35.78 g/100 mL增加到88.30 g/100 mL。Mccarthy等［20］提出對牛奶濃縮蛋白在50 ℃條件下攪拌10 min后，超聲1 min（20 kHz，直徑22 mm的超聲探頭）來形成對酪蛋白膠束的速溶。進一步研究發(fā)現(xiàn)，以上工藝既能降低蛋白質(zhì)聚集程度，又能避免蛋白質(zhì)分子間二硫鍵的形成。此外Chandrapala等［29］用20 kHz，直徑19 mm的超聲探頭增加了脫脂奶粉、牛奶蛋白濃縮物、酪蛋白膠束粉末的溶解性。高場強超聲波還能增強大豆分離蛋白和黑豆分離蛋白的溶解性［6，19，33］。在超聲波促進蛋白質(zhì)溶解性增強的機理方面，Tang Chuanhe等［33］認為是因為形成了可溶性聚集物，特別是大豆球蛋白中的一些堿性亞基從最初的不溶性沉淀轉(zhuǎn)換為可溶性聚合物。但Arzeni等［19］發(fā)現(xiàn)采用20 kHz，直徑為13 mm的超聲探頭雖能增加大豆分離蛋白的溶解性，但乳清濃縮蛋白的溶解性保持未變，卵白蛋白溶解性反而降低。

2.6高場強超聲波對蛋白質(zhì)濁度的影響

超聲波能改變蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，從而改變蛋白質(zhì)的濁度。Madadlou等［31］以35 kHz和130 kHz的超聲設(shè)備對酪蛋白進行超聲作用后發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)溶液濁度降低，且130 kHz時濁度下降的程度比35 kHz下降的程度要明顯。Martini等［34］采用直徑為3.2 mm的超聲探頭在不同超聲功率（3 W或者15 W）和不同溫度（20、60 ℃或不控溫）條件下對固形物含量為6.9～30.2 g/100 mL（其中蛋白質(zhì)含量為13.5～88 g/100 mL）的4 種酪蛋白溶液進行5 min或15 min的超聲作用發(fā)現(xiàn)：除了蛋白質(zhì)含量為88 g/100 mL的樣品外，其他樣品的濁度在超聲之后都顯著下降，在60 ℃或者不控溫條件下以15 W的強度超聲15 min后蛋白質(zhì)溶液的濁度下降幅度最大。有意思的是，在以上研究中，Martini等［34］發(fā)現(xiàn)酪蛋白濁度變化，但蛋白質(zhì)的溶解度、DSC等結(jié)構(gòu)參數(shù)變化不顯著，因此最終推測超聲對蛋白質(zhì)溶液濁度改變的原因可能是因為蛋白質(zhì)三/四級結(jié)構(gòu)的改變以及蛋白質(zhì)間聚合方式的改變。

2.7高場強超聲波對乳化性和起泡性的影響

蛋白質(zhì)由于具有親水和親油的兩親性質(zhì)，常在食品加工中充當(dāng)乳化劑和起泡性的作用。Chen Lin［35］和Jambrak［36］等研究顯示高場強超聲波作用能夠增加大豆蛋白的乳化性。Chen Lin等［35］指出用直徑1.5 cm探頭在25 kHz超聲條件下超聲后的大豆蛋白具有較高的蛋白吸附組分和較低的飽和表面負荷，這可能會促使其溶解性和表面疏水性的增加，從而導(dǎo)致乳化性的改變。Sun Yanjun等［18］在20 kHz條件下用直徑為5 mm的超聲探頭以12.5 W的功率對牛奶濃縮蛋白溶液進行處理后，牛奶濃縮蛋白的乳化活性指數(shù)隨超聲時間的延長而增加，乳化穩(wěn)定性指數(shù)也在超聲1 min時得到增加。Zhang Qiuting等［15］證明在20 kHz條件下采用直徑為2.0 mm的超聲探頭對花生分離蛋白進行處理后其乳化性增強。

但值得注意的是，超聲波對蛋白乳化性的影響與蛋白質(zhì)種類也相關(guān)。O'Sullivan等［37］在20 kHz條件下采用直徑1.2 cm的超聲探頭對酪蛋白酸鈉、乳清提取蛋白和牛奶濃縮蛋白作用2 min后發(fā)現(xiàn)：超聲前后，酪蛋白酸鈉和乳清提取蛋白乳液的粒徑相同，能形成穩(wěn)定乳液的最低蛋白質(zhì)濃度也相同，這意味著超聲沒有顯著影響蛋白在液滴表面的吸附能力，因此不會影響表面張力。但是，同等超聲條件下，牛奶分離蛋白（≤1 g/100 mL）的乳液粒徑減少。他們推測，由于超聲減少了蛋白質(zhì)膠束的粒徑和表面疏水性，進而使蛋白質(zhì)能夠更快地吸附在油水界面，促進了表面張力的降低并有利于油滴在乳化時的破裂。

起泡性方面，Arzeni等［17］用直徑為13 mm的探頭在20 kHz，（4.27±0.71）W的條件下對卵白蛋白進行超聲處理后蛋白起泡性和氣泡穩(wěn)定性下降。但Jambrak等［36］則發(fā)現(xiàn)在20 kHz或40 kHz條件下分別超聲15 min和30 min則會提高大豆分離蛋白以及大豆?jié)饪s蛋白的起泡性。

3　高場強超聲波對蛋白質(zhì)反應(yīng)的影響

利用美拉德反應(yīng)使蛋白質(zhì)與多糖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改善蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)是蛋白質(zhì)化學(xué)改性的重要手段之一。研究發(fā)現(xiàn)，超聲作用具有促進蛋白質(zhì)與多糖反應(yīng)的作用，主要體現(xiàn)為降低反應(yīng)溫度、縮短反應(yīng)時間、提高交聯(lián)率。Li Chen等［38-39］報道稱，在花生分離蛋白與葡聚糖、阿拉伯膠以及魔芋葡甘聚糖的糖基化反應(yīng)過程中，采用超聲探頭在60～80 ℃，150.76～786.72 W/cm2的場強下作用，能夠?qū)⑻腔瘯r間由24 h縮短到40 min，并且提高嫁接度。Mu Lixia等［40］研究顯示15 kHz，直徑為1.5 cm的超聲探頭在40～90 ℃條件下作用5～60 min能夠促進大豆分離蛋白與阿拉伯膠的糖嫁接反應(yīng)，且明顯縮短反應(yīng)時間。同時，Stanic-Vucinic等［41］用20 kHz的超聲波探頭（超聲功率為135 W/cm2）在中性pH值和低溫（10～15 ℃）條件下作用β-乳球蛋白和糖的混合溶液60 min后，發(fā)現(xiàn)β-乳球蛋白能與多種糖類發(fā)生糖基化反應(yīng)，其中核糖反應(yīng)率最高，達到76%?？梢姼邎鰪姵暡ㄗ饔檬乖谥行院偷蜏貤l件下難以發(fā)生的蛋白質(zhì)糖基化反應(yīng)發(fā)生，并且大大縮短了反應(yīng)時間。

蛋白質(zhì)酶法修飾是利用酶對蛋白質(zhì)的氨基酸殘基側(cè)鏈進行修飾［42］。Chen Lin等［43］指出用25 kHz，直徑1.5 cm的超聲探頭處理能夠明顯促使大豆蛋白中的一些亞基（如7S的α亞基、11S的A亞基）被木瓜蛋白酶水解。Jia Junqiang等［44］發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中用直徑為2 cm的探頭在20 kHz條件下超聲處理能夠提高麥芽蛋白的水解度，但酶解產(chǎn)物活性降低；而反應(yīng)前超聲預(yù)處理能夠?qū)⒌鞍酌附馕锟垢哐獕旱幕钚蕴岣?1.0%～40.7%。

4　高場強超聲波對蛋白質(zhì)提取的影響

Karki等［45］在研究中采用超聲技術(shù)（場強0.3～2.56 W/mL）對脫脂豆粕進行15～120 s處理使蛋白質(zhì)提取率由13%提高到34%。在進一步研究中發(fā)現(xiàn)，超聲波將豆粕粒徑降低近10 倍，并且能破壞細胞壁，促進細胞內(nèi)物質(zhì)滲出，從而使蛋白質(zhì)逸出量增加［46］，但與此同時提取出蛋白質(zhì)的溶解性、乳化性和起泡性也發(fā)生了微小變化［46］。

Koh等［47］研究指出在20 kHz、超聲功率400 W下，以直徑為1.3 cm的超聲探頭對乳清濃縮蛋白進行預(yù)處理后，能在一定程度上減輕膜分離過程中的膜污染，并且超聲與加熱聯(lián)合作用還能顯著減小膜孔堵塞。此外，由于超聲波能夠降低溶液黏性，對節(jié)約生產(chǎn)產(chǎn)能也起到了積極作用。

5　高場強超聲波對蛋白質(zhì)感官品質(zhì)的影響

Martini等［48］用直徑3.2 mm的超聲探頭在15 W強度下對酪蛋白溶液（固形物含量28.2 g/100 mL；蛋白質(zhì)含量35.6 g/100 mL）進行15 min的超聲處理后，樣品的一些感官指標，如紙盒味和麥芽味得分降低，但整體感官性狀未發(fā)生變化。

6　結(jié) 語

高場強超聲波技術(shù)通過空穴效應(yīng)、微流束效應(yīng)、超聲化學(xué)等方面的作用，能夠改變食品蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)象和聚集方式，從而影響食品蛋白質(zhì)在食品加工中的功能性質(zhì)，具有重大發(fā)展?jié)摿?。但是，為了使這種技術(shù)更好地服務(wù)于食品工業(yè)，筆者認為還有以下方面可能需要加強：一方面，大規(guī)模、工業(yè)化級別的高場強超聲波裝備需要跟上；此外，超聲強度評價指標有待進一步統(tǒng)一和可控；再次，超聲食品的安全性評價需要完善。

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A Review of Recent Studies on High-Intensity Ultrasound in Food Protein Processing

HU Hao， HU Tan， XU Qi， WANG Teng， WANG Kexing， XU Xiaoyun， PAN Siyi*
（College of Food Scienece and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

Food proteins are considered as nutritional compounds and are also essentially important for the food industry because of its physicochemical and functional properties. High-intensity ultrasound （HIU） is an emerging technology and has great potential in food protein processing. This paper reviews the progress made in the past 10 years in applying HIU to modify food proteins with respect to the basic principle of HIU， and its effects on the structures， gelation properties， particle sizes， viscosity， solubility， turbidity， emulsifying properties and forming properties of food proteins as well as protein reaction， extraction and sensory quality.

high-intensity ultrasound； food； protein； functional property

TS201.21

A

1002-6630（2015）15-0260-06

10.7506/spkx1002-6630-201515048

2014-09-29

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目（2662014BQ052）；湖北省自然科學(xué)基金項目（2015CFB246）

胡昊（1987—），男，講師，博士，研究方向為大豆深加工。E-mail：huhao@mail.hzau.edu.cn

潘思軼（1964—），男，教授，博士，研究方向為果蔬加工。E-mail：pansiyi@mail.hzau.edu.cn